我国大多数油田都存在陆相薄储层地质现象，多年来陆相薄储层的勘探一直是我国三个主要的研究方向之一，八五～九五期间，国家曾立项研究薄储层(八五国家重大项目“陆相薄互层油储地球物理学理论与方法研究”，九五国家重大项目“陆相油储地球物理理论及三维地质图成图方法研究”)。 频谱分析技术在理论上主要是依据薄层反射的调谐原理。根据该原理，对于厚度小于四分之一波长的薄层而言，在时间域，随着薄层厚度的增加，地震反射振幅逐渐增加。当薄层厚度增加至四分之一波长的调谐厚度时，反射振幅达到最大值，随着薄层厚度的增加反射振幅逐渐减小。时间域的最大反射振幅值，对应着频率域的最大振幅能量值。由薄层调谐引起的振幅谱的干涉特征取决于薄层的声学特征及其厚度。频谱分析技术是一项基于频率的储层解释技术，它展现给我们的是一种全新的地震解释方法。通过离散傅里叶变换或复小波变换将地震数据由时间域转换到频率域，转换后计算得到振幅谱，解释人员不但能从剖面上，而且能从平面上看到薄层干涉特征。上世纪80～90年代，黄平，路中侃(1996)曾利用频谱分析进行储层预测研究[13]，早期的研究沿地震反射层位方向进行频谱分析。90年代初，崔风林、管叶君用频率随时间变化的关系来研究薄层结构、判断沉积环境[12]。这些方法由于受傅立叶变换时窗的影响，即由于短时傅立叶变换时频分析方法存在窗函数选取不确定、分辨率固定、频谱分析精度较低等问题，限制了它们在薄储层领域的推广应用。然而，用频率信息来研究薄储层的空间分布特征一直是地质、地球物理工作者关注的问题。 复小波变换可以突出小波变换的局部化特性，避免窗口傅里叶变换过程中面临的窗函数选择，窗口大小选择的繁琐问题，且复小波变换克服了窗口傅里叶由于窗口滑动造成的计算量过大的问题。结果表明复小波变换频谱分析技术相对窗口傅里叶变换有更高的分辨率，对有利储层的频谱特征有更好的反映。 本文首先综述了时频分析方法的发展现状，比较了各种频谱分析技术的优缺点，在分析短时傅里叶变换频谱分析技术的原理及实现算法的过程中，认识到了该方法存在的局限性，因为估算的地震振幅谱对所选时窗函数长度有很大的依赖性。如果所选时窗过短，振幅谱会与变换窗函数褶积，使其失去频率的局部化特征；另一方面，过短的时窗会使子波的旁瓣呈现为单一反射的假象。增加时窗长度，会改善频率的分辨率，但是，如果所选时窗过长，时窗内的多个反射会使振幅谱以槽痕为特征，很难分清单个反射的振幅谱特征。以傅里叶变换相关算法的时窗问题，会使振幅谱的估算产生偏差。由于在实际运用中，难以选择时窗的长度，而且无法定量分析时窗长度产生的偏差，以小波变换为基础的频谱分析技术成为了地震解释及储层预测的重要工具，在很多实际应用中发挥更大的作用。 论文的主要工作和取得的成果有： (1)回顾总结了频谱分析的方法，如希尔伯特变换与广义希尔伯特变换、傅立叶变换频谱分析与短时傅立叶变换、复小波频谱分析等；追踪最新的频谱分析发展动向，如Wigner-Ville时频分布、匹配追踪时频分解与S变换时频分析等。在方法理论分析的基础上，还给出了合成数据与四川某地实际资料的计算、分析结果。 (2)讨论了短时窗口傅立叶变换方法中不同窗函数的选择对频谱分析结果的影响，通过分析比较，并反复试验，得出了采用对高斯时窗加镶边的算法进行窗口傅立叶变换，能取得较好效果的结论；讨论了时窗大小的选择对频谱分析结果的影响，作者根据分析对比结果得出：时窗长度应取略大于频率的倒数(即该频率对应的周期)，这样能取得较好效果。 (3)系统地归纳总结了小波、复小波频谱分析的方法原理，推导了复小波中心频率求取、尺度域转换到频率域的计算的公式，实现了复小波频谱分析方法的编程计算以及分析了不同复小波频谱特征，并利用合成记录，给出了不同复小波频谱分析的结果。 (4)根据Gao J等[80]的方法，改进了传统Morlet复小波，进一步提高Morlet小波模拟地震子波的能力，使之模拟出最佳的地震子波，具有更高的频率分辨率。由于改进的Morlet复小波可以使信号的振幅在高频段与低频段相同，能量随时间的分布具有相同强度，克服了传统Morlet小波变换在高频段能量较弱的现象。 (5)首次采用复小波地震信号时频分析方法处理解释了江汉盆地谢凤桥地区的实际资料，获得了较好的地质效果。 国内虽然有一些单位使用短时傅立叶变换和小波分析的时频分析国外软件，但未见有这些软件相关方法原理的研究及改进的详细报道，本文的创新之处是：实现了短时傅立叶变换方法并指出如何选取窗函数与时窗长度；实现了morlet复小波频谱分析方法并采用Gao J等[80]的方法改进了Morlet复小波方法；指出小波方法的时频分析分辨率明显高于短时傅立叶变换的结果，其原因是小波分析在时间域和频率域良好的局部特性，在分析地震记录时可以准确刻画储层的特征，能细致地反映储层的分布、位置及形态。最后对江汉谢凤桥地区的实际资料进行了处理与分析对比。